Accelerated Processing Unit

Accelerated Processing Unit

Accelerated Processing Unit (kurz „APU“; englisch für „beschleunigte Verarbeitungseinheit“) ist eine an die Bezeichnungen "CPU" und "GPU" angelehnte Bezeichnung für einen Hauptprozessor mit integrierten Koprozessoren. Wie der Name bereits andeutet, soll dabei der Hauptprozessor durch die/den Koprozessor(en) in bestimmten Situationen beschleunigt werden. Als Koprozessor kann dabei ein Vektorprozessor, Streamprozessor/Grafikprozessor oder auch jeder andere beliebige Koprozessor dienen, der dem Hauptprozessor in bestimmten Situationen überlegen ist. Lediglich ein mathematischer Koprozessor in Form einer FPU, der schon lange vor der Definition des APU-Begriffs im Hauptprozessor integriert war und damit zum Bestandteil des Hauptprozessors wurde, ist davon ausgenommen.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Kreiert und geprägt wurde die Bezeichnung "APU" vom Mikroprozessor-Hersteller AMD, der diese Bezeichnung zur Kennzeichnung von Hauptprozessoren mit integrierter Grafikeinheit verwendet. AMD Fusion ist der Code- und Markenname dieses Prozessorkonzepts, welches CPU, GPU sowie Video- und andere Hardwarebeschleuniger auf einem Die vereint.

Erste Ankündigungen für die Zusammenführung von CPU und GPU in einem Hauptprozessor hatte es bereits im Jahr 2006, nach der Übernahme von ATI durch AMD, gegeben.[1] Ab Mai 2010 wurden Prototypen an die ersten Kunden ausgeliefert[2] und auf der Computex im Frühling 2010 wurde bekannt gegeben, dass die APU-Modelle Llano und Ontario im ersten Halbjahr 2011 in den Handel kommen sollen.[3][4] Zudem wurde im Vorfeld der CES 2011 bekannt, dass erste Rechner in Form von Tablet-PCs und -Computer – auf Basis der APU-Serien Zacate und Ontario im ersten Quartal 2011 ausgeliefert werden.[5]

Auch Intel hat APUs für das Jahr 2012 angekündigt. So soll die GPU in kommenden Ivy-Bridge-Prozessoren durch Unterstützung von OpenCL und Direct Compute auch für universelle Computerberechnungen nutzbar sein.[6]

Technische Details

Die Kombination von Mehrkern-Prozessoren soll eine oder mehrere Hauptprozessor-Kerne (CPU) und mindestens einen zusätzlichen Koprozessor für spezielle Aufgaben enthalten. Der zusätzliche Koprozessor ist dabei vorerst ein Grafikprozessor (GPU).[7] Mit diesem Konzept will man vor allem die Vorteile unterschiedlicher Prozessortypen/Prozessorarchitekturen vereinen. Das Konzept an sich wird daher auch als Anlehnung an Multicore computing (Multikernprozessorsysteme) als Heterogeneous computing bezeichnet, da nun heterogene Prozessortypen in einem System vorkommen.

Da Grafikprozessoren im Laufe der Zeit einen Teil ihrer Spezialisierung auf Grafik aufgaben und immer mehr zu frei programmierbaren Prozessoren wurden, die insbesondere Datenparallele Aufgaben sehr schnell bearbeiten können, sahen hier die Hersteller die Möglichkeit die für sequentielle Aufgaben optimierten Hauptprozessor mit dieser Art von Koprozessor sinnvoll zu ergänzen. Da zudem jeder PC einen Grafikprozessor sowieso benötigt, sollte auch der Übergang in der Zeit, in der entsprechende Software für den Koprozessor fehlt, durch die reinen Vorteile eines Grafikprozessors überbrückbar sein.

Entscheidend für die Bezeichnung "APU" ist dementsprechend nicht nur die Integration eines Grafikprozessors in die CPU, sondern auch die Eignung dieses Grafikprozessors zur Berechnung von universellen Aufgaben abseits von reinen Grafikberechnungen.

Grafikprozessoren wurden schon sehr früh für GPGPU-Zwecke eingesetzt, allerdings geschah die Programmierung sehr nahe an der Hardware und konnte damit nicht ohne weiteres auf andere Grafikprozessoren übertragen werden, womit auch die Verbreitung entsprechender Programme und Tools sehr eingeschränkt blieb. Ein weiterer wichtiger Schritt von einem reinen Hauptprozessor mit IGP zur sogenannter APU ist somit die Unterstützung von Herstellerübergreifenden Programmierstandards wie OpenCL und Quasistanards wie Direct Compute in der DirectX11-API vom Grafikprozessor.

Abseits der programmierbaren GPU-Teile, hat die GPU aber auch fest verdrahtete Einheiten (engl.: Fixed Funktion Units), die abseits der Grafik genutzt werden können. So können die Videodecodiereinheiten wie etwa UVD oder Nvidias Videoprozessor schon sehr lange für das Decodieren von bestimmten Codecs genutzt werden und damit ebenfalls den Hauptprozessor entlasten. Intels integrierte GPU in Sandy-Bridge-CPUs haben abseits solcher Decodiereinheiten auch fest verdrahtete Encodiereinheiten, mit denen das Encodieren von Videos bei bestimmten Codecs beschleunigt werden kann. Da sowohl das Encodieren als auch das Decodieren aber nur auf bestimmte Codecs begrenzt und nicht frei programmierbar ist, werden entsprechende CPUs bei enger Auslegung der APU-Definition immer noch als "CPUs mit IGP und Zusatzbeschleunigungsfunktionen" bezeichnen und nicht als APUs, da hierbei das Konzept des Verbindens von mehreren Prozessorarchitekturen mit unterschiedlichen Vorteilen fehlt und lediglich eine Prozessorarchitektur durch fest verdrahtete Einheiten auf manche Gebiete spezialisiert wird.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Fusion: AMD setzt auf Prozessoren mit integrierter Grafik – Artikel bei Golem.de, vom 25. Oktober 2006
  2. AMD hat erste Muster der Fusion-APUs – Artikel bei Golem.de, vom 19. Mai 2010
  3. Fusion: AMD zeigt Demo und nennt Termin – Artikel bei heise online, vom 2. Juni 2010
  4. AMD zeigt erstmals Fusion-Prozessor APU mit DirectX-11 – Artikel bei Golem.de, vom 2. Juni 2010
  5. Zacate und Ontario: AMD stellte Fusion-CPUs vor – Artikel bei Golem.de, vom 4. Januar 2010
  6. heise.de: IDF: Intel stellt nächste Prozessorgeneration Ivy Bridge vor, Nachricht vom 14. September 2011.
  7. Prozessoren 2010: Die Fusion beginnt – Artikel bei Golem.de, vom 2. Januar 2010

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